廣州市交通規(guī)劃研究院有限公司等單位的馬小毅團(tuán)隊?wèi){借“樞紐空間規(guī)劃布局技術(shù)、基于多層級波動系數(shù)的樞紐客流預(yù)測模型技術(shù)、樞紐內(nèi)部換乘設(shè)施和空間組織設(shè)計技術(shù)、樞紐外部設(shè)施空間規(guī)劃設(shè)計技術(shù)、樞紐應(yīng)急安全疏散和風(fēng)險防控技術(shù)”獲得2022年度中國城市規(guī)劃學(xué)會科技進(jìn)步獎二等獎。

項目名稱：應(yīng)對超大客流安全疏散的城市軌道交通樞紐規(guī)劃設(shè)計關(guān)鍵技術(shù)

主要完成人：馬小毅，徐士偉，陳海偉，馬劍，景國勝，謝志明，江欣國，巫瑤敏，劉新，賈幼帥，葉樹峰，房慶恒，宋程，林曦，谷裔凡

主要完成單位：廣州市交通規(guī)劃研究院有限公司，西南交通大學(xué)

一

技術(shù)研發(fā)背景

國家戰(zhàn)略：樞紐之“重”。城市軌道交通樞紐是推動交通強(qiáng)國和公交都市建設(shè)、促進(jìn)綠色低碳出行的重要抓手，對經(jīng)濟(jì)社會發(fā)展具有重要引領(lǐng)帶動作用，樞紐經(jīng)濟(jì)是推動城市高質(zhì)量發(fā)展的重要動能。近年來，隨著城市軌道交通建設(shè)加速，樞紐數(shù)量“井噴式”增長，對城市交通有序運行具有重要支撐作用。目前，全國客流排名前十的城市軌道交通車站均為樞紐站，單日最大客流均超過30萬人次，最大的廣州體育西路站甚至超過80萬人次，超大客流應(yīng)急安全疏散、擁擠緩解面臨重大風(fēng)險挑戰(zhàn)。

民生問題：樞紐之“痛”。長期以來，我國城市軌道交通重線路工程建設(shè)、輕樞紐規(guī)劃設(shè)計，樞紐內(nèi)不同線路、樞紐外不同交通方式各自為政、缺乏有效協(xié)同，導(dǎo)致樞紐的交通承載力不足、換乘集散效率較低、應(yīng)急疏散不安全，樞紐“空間擠、通道遠(yuǎn)、換乘累、接駁亂”已成為重大民生熱點痛點問題，嚴(yán)重制約樞紐整體效能發(fā)揮。

技術(shù)難點：樞紐之“難”。當(dāng)前國內(nèi)外城市軌道交通樞紐規(guī)劃設(shè)計迫切需要破解5大技術(shù)難點：一是樞紐的分類差異引導(dǎo)和空間規(guī)劃協(xié)同問題，二是客流波動規(guī)律實時精準(zhǔn)感知難題，三是內(nèi)部客流高效便捷換乘組織難題，四是外部設(shè)施空間集約規(guī)劃和精細(xì)設(shè)計問題，五是超大客流應(yīng)急安全疏散和風(fēng)險防控難題。

為攻克以上技術(shù)難題，本項目以國計、民生、技術(shù)的問題和需求為導(dǎo)向，從基礎(chǔ)理論、關(guān)鍵技術(shù)、工程應(yīng)用三方面開展研究，突破了“樞紐規(guī)劃布局、客流精準(zhǔn)預(yù)測、高效換乘組織、設(shè)施空間設(shè)計、應(yīng)急安全疏散”五大關(guān)鍵技術(shù)難題，形成具有完全自主知識產(chǎn)權(quán)的城市軌道交通樞紐規(guī)劃設(shè)計成套技術(shù)和標(biāo)準(zhǔn)體系。

二

主要科學(xué)技術(shù)內(nèi)容和科技創(chuàng)新點

本項目從面向乘客服務(wù)和風(fēng)險防控兩方面入手，主要研究樞紐分級分類和空間規(guī)劃布局、樞紐波動客流預(yù)測與仿真校驗、樞紐內(nèi)部換乘設(shè)施和空間組織設(shè)計、樞紐外部銜接設(shè)施集約規(guī)劃和精細(xì)設(shè)計、樞紐應(yīng)急安全疏散和風(fēng)險防控等關(guān)鍵技術(shù)，主要創(chuàng)新點包括：

一是創(chuàng)建樞紐分級分類體系和空間規(guī)劃布局方法。針對不同樞紐的功能服務(wù)差異、選址識別困難、交通承載力低下、服務(wù)覆蓋不足等問題，建立了多元交叉融合的樞紐三維分級分類體系，發(fā)明了基于手機(jī)定位數(shù)據(jù)和路徑推斷的樞紐選址識別方法，開發(fā)了“點線面三級覆蓋、站城一體化融合”的樞紐空間規(guī)劃布局技術(shù)，實現(xiàn)樞紐用地管控和新線接入工程的科學(xué)預(yù)留。

基于手機(jī)定位數(shù)據(jù)和路徑推斷的樞紐選址識別方法

二是構(gòu)建基于多層級波動系數(shù)的樞紐客流預(yù)測模型。針對樞紐客流波動規(guī)律難以捕捉、精準(zhǔn)預(yù)測難以感知等問題，深入挖掘綜合交通、土地利用、手機(jī)信令、出行調(diào)查等多源海量異構(gòu)大數(shù)據(jù)，深度標(biāo)定日、小時、超高峰波動系數(shù)，融合列車時刻表，將客流預(yù)測由規(guī)劃級提升到運營級，研發(fā)了樞紐客流預(yù)測模型和規(guī)劃決策支持平臺，實現(xiàn)樞紐客流的實時分析和波動規(guī)律識別，為樞紐內(nèi)部換乘設(shè)施空間和外部銜接設(shè)施空間的規(guī)劃設(shè)計提供精確依據(jù)。

基于波動系數(shù)和列車時刻表的樞紐客流預(yù)測模型

三是攻克樞紐內(nèi)部換乘設(shè)施和空間組織設(shè)計技術(shù)。針對新線接入樞紐引發(fā)換乘路徑數(shù)量激增、換乘流線交織沖突、換乘導(dǎo)引信息缺失、換乘路徑曲折狹長等問題，以滿足乘客出行體驗舒適性需求為導(dǎo)向，創(chuàng)建了包含兩線、三線、四線、五線、六線等不同城市軌道交通樞紐的換乘組織模式，攻克了基于乘客出行體驗的樞紐換乘設(shè)施空間、換乘流線組織和換乘信息導(dǎo)引等設(shè)計新技術(shù)，研發(fā)了基于廣義換乘時間的城市軌道交通樞紐換乘系統(tǒng)評價模型，全面指導(dǎo)樞紐內(nèi)部換乘設(shè)施和空間組織設(shè)計。

基于廣義換乘時間的城市軌道交通樞紐換乘系統(tǒng)評價模型示意圖

四是制訂樞紐外部設(shè)施空間規(guī)劃和設(shè)計技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)。針對城市軌道交通樞紐外部交通秩序混亂、銜接效率低下、接駁環(huán)境不佳等問題，以“用地集約、精細(xì)設(shè)計、品質(zhì)提升”為重點，突破了設(shè)施用地集約利用、設(shè)施要素精細(xì)設(shè)計、設(shè)施空間優(yōu)質(zhì)服務(wù)等技術(shù)瓶頸，構(gòu)建銜接設(shè)施用地配置模型，量化交通銜接設(shè)施的建設(shè)用地指標(biāo)，提出了銜接設(shè)施精細(xì)化品質(zhì)化設(shè)計指引，編制了軌道交通銜接設(shè)施規(guī)劃標(biāo)準(zhǔn)，填補(bǔ)了城市軌道交通樞紐外部銜接設(shè)施規(guī)劃設(shè)計的技術(shù)空白。

樞紐外部設(shè)施空間規(guī)劃設(shè)計示意圖

五是研發(fā)樞紐應(yīng)急安全疏散和風(fēng)險防控技術(shù)體系。針對城市軌道交通樞紐超大客流換乘集散要求高、應(yīng)急事件安全疏散風(fēng)險大等難題，創(chuàng)建了涵蓋樞紐內(nèi)部客流情緒感染-客運路徑選擇-換乘設(shè)施空間瓶頸識別-出口行人安全疏散等技術(shù)模型體系，研發(fā)了樞紐大客流在線模擬仿真平臺、樞紐客流疏散動力學(xué)模擬軟件、樞紐客流疏散策略分析與優(yōu)化軟件，突破了樞紐超大客流應(yīng)急安全疏散風(fēng)險識別和防控新方法，深度揭示了城市軌道交通樞紐客流立體疏散鏈路約束機(jī)制，為制定有效的樞紐應(yīng)急安全疏散策略、指導(dǎo)樞紐換乘集散設(shè)施規(guī)劃設(shè)計和優(yōu)化改造提供科學(xué)依據(jù)。

客流情緒感染模型仿真流程圖

三

與國內(nèi)外同類技術(shù)比較

經(jīng)與國內(nèi)外同類技術(shù)綜合比較，本項目在樞紐規(guī)劃布局、樞紐客流預(yù)測、換乘設(shè)施空間組織設(shè)計、銜接設(shè)施空間規(guī)劃設(shè)計、應(yīng)急安全疏散等方面實現(xiàn)突破。

一是在樞紐規(guī)劃布局方面，相比傳統(tǒng)的最短路徑法、最少換乘站法，本項目發(fā)明的基于手機(jī)定位數(shù)據(jù)和路徑推斷的樞紐選址識別方法的精度更高、成本更低，更容易實現(xiàn)樞紐服務(wù)覆蓋人口、就業(yè)提升。

二是在樞紐客流預(yù)測方面，傳統(tǒng)方法得到的預(yù)測結(jié)果大多為均值，本項目構(gòu)建的“波動系數(shù)”模型以及決策支持平臺，大大減少客流預(yù)測誤差，滿足樞紐設(shè)計和運營需求。

三是在換乘設(shè)施空間組織設(shè)計方面，目前尚未有換乘設(shè)施規(guī)劃設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)，相關(guān)研究也僅針對兩線換乘樞紐，本項目創(chuàng)建了三、四、五、六線等樞紐換乘組織模式，明確了換乘步行距離、換乘系統(tǒng)評價、換乘信息標(biāo)志等內(nèi)容，大幅提高換乘效率，滿足多元化樞紐設(shè)計要求。

四是在銜接設(shè)施空間規(guī)劃設(shè)計方面，既有研究缺少相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范引導(dǎo)，本項目首次量化了銜接設(shè)施用地指標(biāo)，制訂了設(shè)施空間規(guī)劃設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)，填補(bǔ)空白。

五是在應(yīng)急安全疏散方面，傳統(tǒng)的最短路疏散等方法未考慮客流消極情緒感染、路徑動態(tài)尋優(yōu)、設(shè)施瓶頸約束等實際情況，本項目提出了樞紐超大客流應(yīng)急安全疏散風(fēng)險識別和防控新方法，為樞紐安全建設(shè)運營提供理論支撐。

四

推廣應(yīng)用情況和應(yīng)用前景

本項目成果在廣州、東莞等城市得到推廣應(yīng)用，開創(chuàng)性建立了我國城市軌道交通樞紐規(guī)劃設(shè)計技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)體系，有力支撐了我國城市軌道交通樞紐工程相關(guān)規(guī)劃設(shè)計項目的實施，全面引領(lǐng)我國城市軌道交通行業(yè)技術(shù)進(jìn)步和創(chuàng)新，支撐交通強(qiáng)國、公交都市等國家重大戰(zhàn)略實施，應(yīng)用前景廣闊，軌道交通樞紐項目可利用該項目的五大技術(shù)指導(dǎo)全流程規(guī)劃設(shè)計，包括樞紐選址、樞紐客流預(yù)測、樞紐內(nèi)部換乘設(shè)施和空間組織設(shè)計、樞紐外部交通接駁和空間規(guī)劃設(shè)計、樞紐超大客流應(yīng)急風(fēng)險防控等方面，提升城市軌道交通系統(tǒng)的整體效能。

五

經(jīng)濟(jì)社會效益

本項目經(jīng)濟(jì)社會環(huán)境效益顯著。近3年累計新增項目總投資26.43億元、新增銷售額4.11億元、新增利潤1.62億元、新增稅收0.24億元。構(gòu)建的軌道交通銜接設(shè)施規(guī)劃設(shè)計、應(yīng)急避護(hù)場所設(shè)計等技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)體系，引領(lǐng)行業(yè)技術(shù)進(jìn)步與創(chuàng)新，提升城市軌道交通整體效能，推動學(xué)科發(fā)展和人才培養(yǎng)。成果在廣州應(yīng)用實現(xiàn)日均減碳127.2噸，有力支撐“雙碳”戰(zhàn)略實施。

六

知識產(chǎn)權(quán)情況及他人評價

本項目制定技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)5部，獲發(fā)明專利4項、計算機(jī)軟件著作權(quán)3項，發(fā)表論文30篇。經(jīng)權(quán)威機(jī)構(gòu)科技查新和全國知名專家科技成果鑒定認(rèn)為：項目在總結(jié)國內(nèi)外研究的基礎(chǔ)上，采用理論研究、模擬仿真、實例驗證等方法，圍繞“樞紐規(guī)劃布局、客流預(yù)測模型、樞紐換乘組織規(guī)劃設(shè)計、樞紐銜接系統(tǒng)規(guī)劃、樞紐動態(tài)仿真與安全設(shè)計”五大范疇形成了重大創(chuàng)新成果，成果總體達(dá)到國際領(lǐng)先水平。（供稿人：馬小毅）